一种电路板嵌入式散热通道的构建方法及其结构与流程

本发明涉及电路板，尤其是指一种电路板嵌入式散热通道的构建方法及其结构。

背景技术：

1、随着电子技术的发展，电路板上的元器件集成度不断提高，功率密度持续增大，发热问题日益突出。尤其是大功率芯片、功率模块等发热元件在工作时产生大量热量，若不能及时有效地导出，将导致器件温度升高，影响其工作性能和可靠性，严重时甚至造成烧毁。

2、传统的电路板散热方式主要包括：在电路板表面贴装散热器、使用导热垫片将热量传导至外壳、在电路板内埋入金属散热块或热管等。然而，现有技术仍存在以下不足：表面贴装散热器的方式受限于电路板表面的空间布局，且散热路径需要从发热元件先传导至电路板表面再经由散热器导出，热阻较大，散热效率有限；现有埋入式散热结构多为单一方向的导热通道，无法根据电路板内部发热元件的空间分布进行灵活的三维路径规划，难以兼顾电路板内部多个不同位置的发热点；因此，亟需一种电路板嵌入式散热通道的构建方法及其结构，以实现从发热元件到外部散热器的低热阻、高可靠性的散热路径。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种电路板嵌入式散热通道的构建方法及其结构，其通过将电路板内部的埋入式通道设计为具有三维立体走向，并在通道内壁依次形成绝缘导热层和金属化导热层，嵌入导热芯体并在间隙中填充相变导热介质，使导热芯体端部延伸出电路板与外置散热构件连接，从而构建一条从发热元件经相变介质、导热芯体至外部散热器的低热阻散热路径，同时兼顾电气绝缘安全与热膨胀适应性，显著提升电路板的散热效率和可靠性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

3、一种电路板嵌入式散热通道的构建方法，包括以下步骤：

4、s1、采用电路板基板，在所述电路板基板内部确定发热元件布局区域，并基于所述发热元件布局区域规划三维空间散热路径；

5、s2、在所述电路板基板上按照所述三维空间散热路径加工形成埋入式通道，所述埋入式通道具有在水平方向和垂直方向上延伸的三维立体走向，且所述埋入式通道的至少一部分延伸经过所述发热元件布局区域的正下方或侧下方；

6、s3、在所述埋入式通道的内壁表面依次形成绝缘导热层和金属化导热层；

7、s4、在所述埋入式通道内嵌入导热芯体，所述导热芯体的外壁与所述金属化导热层的内壁之间形成间隙配合，并在所述间隙中填充相变导热介质；

8、s5、对所述埋入式通道的端口进行密封处理，并使所述导热芯体的至少一个端部延伸出所述电路板基板的侧边或表面，用于与外置散热构件连接。

9、作为一种优选方案：所述步骤s2中埋入式通道的水平走向沿所述电路板基板内发热密度最高的区域呈蛇形迂回分布，所述埋入式通道的垂直走向贯穿至少两层内部导电层之间的绝缘介质层，且所述埋入式通道的孔径为0.3mm～3.0mm。

10、作为一种优选方案：所述步骤s3中，所述绝缘导热层由导热绝缘聚合物材料通过化学气相沉积或喷涂方式形成，厚度为5μm～30μm；所述金属化导热层由铜、铝或铜合金通过电镀或化学镀方式形成于所述绝缘导热层表面，厚度为10μm～50μm。

11、作为一种优选方案：所述步骤s4中，所述导热芯体为铜芯、铝芯或石墨复合芯体，所述导热芯体的截面形状与所述埋入式通道的截面形状相匹配，且所述导热芯体沿长度方向呈分段式结构，相邻两段之间留设有热膨胀补偿间隙。

12、作为一种优选方案：所述步骤s4中，所述相变导热介质为石蜡基相变材料或低熔点合金相变材料，所述相变导热介质在常温下呈固态或膏态，在所述电路板工作温度下发生相转变形成液态，填充于所述间隙中并在相变过程中吸收热量。

13、一种电路板嵌入式散热通道结构，采用所述的构建方法所构建，包括：

14、电路板基板，所述电路板基板内部形成有在水平方向和垂直方向上延伸的三维立体走向的埋入式通道，所述埋入式通道经过所述电路板基板内部发热元件布局区域的正下方或侧下方；

15、绝缘导热层和金属化导热层，依次形成于所述埋入式通道的内壁表面；

16、导热芯体，嵌入设置于所述埋入式通道内，且所述导热芯体的外壁与所述金属化导热层的内壁之间留有填充间隙；

17、相变导热介质，填充于所述填充间隙中；

18、密封端盖，设置于所述埋入式通道的端口处，所述导热芯体的至少一个端部穿过所述密封端盖并延伸出所述电路板基板的侧边或表面，用于与外置散热构件连接。

19、作为一种优选方案：所述埋入式通道的侧壁与所述电路板基板中相邻导电层之间的最小距离不小于所述电路板基板绝缘介质层厚度的1/3。

20、作为一种优选方案：所述埋入式通道在水平面上呈螺旋形或梳齿形分布，所述埋入式通道的垂直延伸段设置于所述发热元件布局区域的边缘位置，所述垂直延伸段的深度不小于所述电路板基板厚度的1/2。

21、作为一种优选方案：所述导热芯体的外表面沿轴向间隔设置有多个环形凹槽，所述环形凹槽内填充有多孔导热材料，所述导热芯体的截面为圆形、椭圆形或矩形。

22、作为一种优选方案：所述密封端盖包括内层密封环和外层压紧盖，所述内层密封环套设于所述导热芯体伸出端的外周并与所述埋入式通道的端口内壁密封配合，所述外层压紧盖固定连接于所述电路板基板的侧边或表面，所述导热芯体的伸出端设置有与所述外置散热构件连接的螺纹连接部或插接部，且所述导热芯体的伸出端与所述电路板基板的表面之间还设置有柔性导热垫片。

23、本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

24、第一，通过设计具有水平方向和垂直方向延伸的三维立体走向的埋入式通道，能够根据电路板内部多个发热元件的空间分布灵活规划散热路径，使通道的至少一部分经过发热元件布局区域的正下方或侧下方，实现热量在三维空间内的快速采集与传输，克服了现有单一方向导热通道无法兼顾多点散热的缺陷。

25、第二，通过在埋入式通道内壁依次形成绝缘导热层和金属化导热层，既保证了通道内壁与电路板内部导电层之间的电气绝缘安全，又通过金属化导热层提供了高导热界面，有利于热量从电路板介质层快速传递至通道内部，解决了现有技术中绝缘与导热难以兼顾的矛盾。

26、第三，通过将导热芯体与金属化导热层之间设计为间隙配合并在间隙中填充相变导热介质，常温下为固态或膏态的相变材料便于装配操作，在工作温度下相变为液态后充分填充间隙，消除接触热阻，同时利用相变潜热吸收瞬时尖峰热量，起到热缓冲作用，显著提高了导热界面的适应性和散热效率。

27、第四，通过将导热芯体设计为分段式结构并在相邻段之间留设热膨胀补偿间隙，有效避免了高温工况下导热芯体与电路板基板因热膨胀系数差异而产生的内应力，防止电路板分层或开裂，提高了产品长期工作可靠性。

28、为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

1.一种电路板嵌入式散热通道的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电路板嵌入式散热通道的构建方法，其特征在于：所述步骤s2中埋入式通道的水平走向沿所述电路板基板内发热密度最高的区域呈蛇形迂回分布，所述埋入式通道的垂直走向贯穿至少两层内部导电层之间的绝缘介质层，且所述埋入式通道的孔径为0.3mm～3.0mm。

3.根据权利要求1所述的电路板嵌入式散热通道的构建方法，其特征在于：所述步骤s3中，所述绝缘导热层由导热绝缘聚合物材料通过化学气相沉积或喷涂方式形成，厚度为5μm～30μm；所述金属化导热层由铜、铝或铜合金通过电镀或化学镀方式形成于所述绝缘导热层表面，厚度为10μm～50μm。

4.根据权利要求1所述的电路板嵌入式散热通道的构建方法，其特征在于：所述步骤s4中，所述导热芯体为铜芯、铝芯或石墨复合芯体，所述导热芯体的截面形状与所述埋入式通道的截面形状相匹配，且所述导热芯体沿长度方向呈分段式结构，相邻两段之间留设有热膨胀补偿间隙。

5.根据权利要求1所述的电路板嵌入式散热通道的构建方法，其特征在于：所述步骤s4中，所述相变导热介质为石蜡基相变材料或低熔点合金相变材料，所述相变导热介质在常温下呈固态或膏态，在所述电路板工作温度下发生相转变形成液态，填充于所述间隙中并在相变过程中吸收热量。

6.一种电路板嵌入式散热通道结构，采用如权利要求1至5中任意一项所述的构建方法所构建，其特征在于：包括：

7.根据权利要求6所述的电路板嵌入式散热通道结构，其特征在于：所述埋入式通道的侧壁与所述电路板基板中相邻导电层之间的最小距离不小于所述电路板基板绝缘介质层厚度的1/3。

8.根据权利要求6所述的电路板嵌入式散热通道结构，其特征在于：所述埋入式通道在水平面上呈螺旋形或梳齿形分布，所述埋入式通道的垂直延伸段设置于所述发热元件布局区域的边缘位置，所述垂直延伸段的深度不小于所述电路板基板厚度的1/2。

9.根据权利要求6所述的电路板嵌入式散热通道结构，其特征在于：所述导热芯体的外表面沿轴向间隔设置有多个环形凹槽，所述环形凹槽内填充有多孔导热材料，所述导热芯体的截面为圆形、椭圆形或矩形。

10.根据权利要求6所述的电路板嵌入式散热通道结构，其特征在于：所述密封端盖包括内层密封环和外层压紧盖，所述内层密封环套设于所述导热芯体伸出端的外周并与所述埋入式通道的端口内壁密封配合，所述外层压紧盖固定连接于所述电路板基板的侧边或表面，所述导热芯体的伸出端设置有与所述外置散热构件连接的螺纹连接部或插接部，且所述导热芯体的伸出端与所述电路板基板的表面之间还设置有柔性导热垫片。